Страница 3 из 4
Как только лапка касалась металла, она начинала подергиваться, как будто в танце. Гальвани всегда подходил к делу основательно, поэтому провел целую серию экспериментов на открытом воздухе, под водой и в масле. В них он фиксировал лягушачьи лапки латунными прищепками и прикасался к нерву медной булавкой, тем самым (вероятнее всего, ненамеренно) создавая замкнутую электрическую цепь: металлы были проводником, а соленая вода в лягушачьей лапке – электролитом, перемещающим заряд в определенном направлении. Сокращения мышцы показывали, что ток действительно идет. Гальвани был убежден, что доказал этим существование «животного электричества».
Его успехи породили множество последователей, проводивших диковинные опыты, среди которых выделялся Джованни Альдини, племянник Гальвани. Тот проводил свои эксперименты публично, рядом с площадью, где гильотинировали преступников. Альдини засовывал в уши отрубленных голов провода и подводил к ним ток, чтобы на лице проступили гримасы. В свете подобных нравов нет ничего удивительного в том, что британской писательнице Мэри Шелли, жившей в то время на Женевском озере, пришел в голову образ доктора Франкенштейна – нового Прометея, который собрал монстра из частей трупов и оживил его ударом молнии.
Пока жадная до сенсаций публика продолжала поклоняться магии электричества, один исследователь решил превратить лейденскую банку в долгосрочный накопитель электричества. В 1800 году итальянцу Алессандро Вольте удалось создать вольтов столб – первый постоянный источник электричества[3]. Повторив эксперименты Гальвани, Вольта пришел к выводу, что лягушка не источник волшебной субстанции, а просто играет роль проводника.
Это значило, что можно обойтись без нее, поэтому он сконцентрировался на изучении различных металлов и жидкостей. В отсутствие точных измерительных приборов он исследовал электрические свойства металлов простым способом – с помощью собственного языка: прикасаясь к металлу кончиком языка, Вольта ощущал кислый вкус. Если он брал две палочки из разных металлов (например, из цинка и серебра), то чувствовал небольшой электрический разряд, если же он предварительно соединял их проволокой, то эффекта не было.
У Вольты был чувствительный язык и готовность пострадать ради науки, поэтому он принялся проверять интенсивность разряда при соприкосновении различных металлов. Значительнее всего разряд ощущался при совмещении цинка и серебра, поэтому Вольта решил положить цинковые и серебряные пластинки стопкой друг на друга, разделяя их картоном, вымоченным в соленой воде (позже ее заменила кислота). В результате он получил несколько лейденских банок, объединенных в батарею по принципу Нолле, однако в отличие от лейденской банки, которая обеспечивала одномоментный, но сильный разряд, вольтов столб обеспечивал плавный ток электричества.
Так разрешился извечный спор гальваников и вольтаистов. Стало ясно, что источником электричества является не лягушка: напряжение возникает вследствие разницы потенциалов между металлами. С этого начинается история современной науки, которая, вооружившись новой электрической батареей, начала систематически исследовать различные вещества, расщепляя их на составные элементы. Первым это сделал Хамфри Дэви: погрузив вольтов столб в воду, он отметил, что жидкость начала пузыриться.
Из этого он сделал вывод, что вода состоит из нескольких элементов, равно как и все остальные известные вещества. Если проследить за этой ветвью истории, то через эксперименты Майкла Фарадея и исследования Джеймса Клерка Максвелла мы дойдем до теории относительности Альберта Эйнштейна: от восприятия веществ, дарованных нам природой в их данности, к общему представлению об энергии.
Но наука развивалась не только в этом направлении: другие исследователи в то же самое время пытались расшифровать универсальный код, язык, на котором написана книга природы. Как и в случае открытия шаг за шагом атомного строения вещества, на этом пути было немало ошибок и заблуждений. Вольтов столб сделал электричество надежным источником энергии, и исследователи из разных стран начали задумываться над тем, можно ли действительно превратить «линии коммуникации» Грея в реально работающее средство связи. Первые телеграфные системы появились еще раньше, во времена Французской революции: тогда во Франции функционировал оптический телеграф, созданный по проекту Клода Шаппа и позволявший за несколько минут отправить сообщение на другой конец страны. Сообщение передавалось по цепочке от одной станции к другой, а сами станции находились на возвышенностях и управлялись вручную.
Было очевидно, что электрический телеграф позволит существенно упростить текущую неповоротливую систему. В 1809 году Томас фон Зёммеринг придумал аппарат, в котором каждой букве соответствовало определенное напряжение, то есть та или иная высота вольтова столба, а получатель закодированного так сообщения мог расшифровывать его с помощью такого же устройства.
Недостаток системы Зёммеринга был в том, что процесс был слишком трудоемким, а передача была возможна только в одном направлении, поэтому проект не получил дальнейшего развития. В 1816 году английский изобретатель Фрэнсис Рональдс представил первый прототип электрического телеграфа в Британском адмиралтействе, однако лорды не выказали никакого интереса, посчитав изобретение совершенно бесполезным. Всё изменилось с появлением железных дорог: поезд был быстрее любого всадника, поэтому понадобилось средство, позволяющее контролировать движение нового транспорта.
Если два поезда встретятся в местности, где нет никаких других дорог – например, в тоннеле – то может произойти катастрофа. Железная дорога нуждалась в системе диспетчеризации, и тут телеграф пришелся как раз кстати. Первым коммерческим применением этой технологии оказался стрелочный телеграф Чарльза Уитстоуна и Уильяма Фозерджилла Кука, линия которого была проложена вдоль железнодорожной ветки между Лондоном и станцией Уэст-Дрейтон.
Однако наиболее практичным решением оказалась система, разработанная американским художником-портретистом Сэмюэлом Морзе. Пересекая Атлантический океан на пароходе «Салли», он разговорился с ученым, который развлекал пассажиров экспериментами с электричеством. В беседе ученый и высказал мысль о том, что электричество можно использовать для передачи сообщений.
Морзе загорелся идеей создать такое средство коммуникации и, вернувшись домой, принялся за работу. Уже 4 сентября 1837 года собранный из подручных средств (мольберта, подрамника, консервных банок и дорогих настенных часов из мастерской художника) электрический телеграф был продемонстрирован публике. Система работала, однако код, с помощью которого передавались сообщения, был несовершенен: это была последовательность чисел, которую приходилось шифровать, а затем расшифровывать с помощью толстого словаря. Помощник Морзе Альфред Вэйл предложил более изящное решение – кодировать буквы последовательностями из коротких и длинных импульсов.
Еще одну техническую проблему первостепенной важности Морзе помогли решить профессор химии Леонард Гейл и его находчивый ассистент. Дело в том, что чем дальше находился отправитель, тем слабее становился сигнал, теряясь на фоне шумов. Чтобы устранить этот эффект, пришлось усилить батарею, а также установить через каждые 16 километров линии реле – электромагнитный усилитель исходного сигнала. Это не только открывало дорогу к общеамериканской телеграфной сети, но и позволяло связать континенты. Первый трансатлантический телеграфный кабель был проложен в 1858 году: случилось то, что историки позже назовут глобализацией XIX века – теперь сообщение можно было быстро переслать в любую точку мира.
3
При некоторой схожести конструкции у вольтова столба есть одно существенное отличие от лейденской банки: если последняя представляла собой прообраз конденсатора, обе обкладки которого были изготовлены из одного и того же металла, то в вольтовом столбе они были разными – цинк и медь, а зазор между ними заполнялся кислотой. В результате там начиналась электрохимическая реакция, приводившая к возникновению электрического заряда на обкладках, даже при его изначальном отсутствии.